胡 威，張?zhí)戽?，陳曉?/p>

(1. 新疆金風(fēng)科技股份有限公司，北京 1001762；2. 中能電力科技開發(fā)有限公司，北京 100034)

我國位于中緯度歐亞大陸腹地，氣候和地理的布局復(fù)雜且多變，風(fēng)能資源分布廣泛，可利用資源豐富。盡管風(fēng)電技術(shù)持續(xù)進(jìn)步和工程實(shí)踐能力提升，但近年仍屢見極端氣象災(zāi)害對(duì)風(fēng)電場的安全運(yùn)行造成損害的案例，學(xué)術(shù)界和行業(yè)均在探索風(fēng)電項(xiàng)目氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的防范和管理。

柳艷香等利用2000年-2011年近12年來中國氣象局的逐日觀測資料，對(duì)雷暴、極端低溫、積冰、沙塵暴、臺(tái)風(fēng)以及空氣密度的變化特征進(jìn)行了分析，以期對(duì)風(fēng)電場的安全運(yùn)行提供參考保障[1]。曾琦、杜樹成等總結(jié)對(duì)風(fēng)電場能夠造成影響的氣象災(zāi)害類型的同時(shí)，分析了這些氣象災(zāi)害對(duì)風(fēng)電場各劃分單元的影響，其中包括風(fēng)電機(jī)組、集電線路、升壓站、建筑、道路等設(shè)施設(shè)備。并對(duì)風(fēng)電場的經(jīng)營活動(dòng)造成危害的程度和類型進(jìn)行了分析[2-3]。武楠認(rèn)為因技術(shù)研發(fā)、工程管理經(jīng)驗(yàn)積累不足等原因，在規(guī)劃階段、可行性研究階段、施工階段、運(yùn)行階段出現(xiàn)了一些風(fēng)險(xiǎn)問題；這些風(fēng)險(xiǎn)包含自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)、設(shè)備技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、經(jīng)營運(yùn)行和安裝建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)、政策變化風(fēng)險(xiǎn)、工作人員風(fēng)險(xiǎn)[4]。

風(fēng)電場全生命周期可分成規(guī)劃期、建設(shè)期、運(yùn)營期三個(gè)階段：規(guī)劃期涉及到項(xiàng)目的選址、設(shè)計(jì)、選型，最終交付的是可行性研究報(bào)告、初步設(shè)計(jì)圖紙；建設(shè)期是根據(jù)規(guī)劃成果展開設(shè)備和建設(shè)的招標(biāo)、項(xiàng)目的施工、驗(yàn)收調(diào)試，最終交付的是整個(gè)風(fēng)電場資產(chǎn)；運(yùn)營期主要風(fēng)電場的并網(wǎng)發(fā)電、日常消缺、設(shè)備定檢巡檢等，最終實(shí)現(xiàn)的是風(fēng)電場資產(chǎn)回報(bào)。上述的過程即為風(fēng)電項(xiàng)目的全生命周期，而風(fēng)電項(xiàng)目因氣象災(zāi)害致?lián)p，有些是選址不當(dāng)致使效益降低，有些是設(shè)備選型不當(dāng)造成風(fēng)電機(jī)組受損，不同階段存在差異性。

本文結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)研究、風(fēng)電項(xiàng)目工程實(shí)踐總結(jié)，認(rèn)為氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)在不同階段存在著不同影響，在不同的階段采用的風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避方式也是不一樣的。因此，氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理，應(yīng)依據(jù)風(fēng)電項(xiàng)目全生命周期各個(gè)階段的工作特性，有針對(duì)性的探索風(fēng)險(xiǎn)管理方法，整體構(gòu)成風(fēng)電場全生命周期氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理體系。

1 風(fēng)電場規(guī)劃期氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理

1.1 選址規(guī)劃階段

本階段主要目的在于選擇適當(dāng)?shù)膮^(qū)域用于風(fēng)能資源的開發(fā)利用，主要方式是收集當(dāng)?shù)貧庀笳鹃L期觀測數(shù)據(jù)，根據(jù)這些歷史數(shù)據(jù)判定該區(qū)域的風(fēng)力等級(jí)，判斷是否具備有風(fēng)電項(xiàng)目開發(fā)的潛力。

確定某個(gè)區(qū)域作為候選開發(fā)區(qū)域之后，將收集氣象站觀測的氣象災(zāi)害相關(guān)的數(shù)據(jù)，包括臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)陣風(fēng)、強(qiáng)降水、極限溫度、霜凍、強(qiáng)對(duì)流、雷電等，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，即對(duì)氣象災(zāi)害的頻次、強(qiáng)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，建立風(fēng)險(xiǎn)矩陣進(jìn)行比照分析，一方面規(guī)避存在高風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域進(jìn)行開發(fā)，另一方面將該地區(qū)可能遭受的氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)記錄下來，作為接下來各個(gè)階段展開工作的基礎(chǔ)。

1.2 風(fēng)能資源測量階段

根據(jù)預(yù)選的風(fēng)電場開發(fā)區(qū)域，按照規(guī)范要求設(shè)立氣象觀測用的測風(fēng)塔，開展風(fēng)能資源測量工作，它是整個(gè)風(fēng)電項(xiàng)目開發(fā)中的核心環(huán)節(jié)?，F(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)給風(fēng)電場設(shè)計(jì)和建設(shè)提供基礎(chǔ)性的支持，它能夠?yàn)榕卸ㄒ粋€(gè)地區(qū)風(fēng)能狀況、風(fēng)電機(jī)組選型、布機(jī)方案和年發(fā)電量計(jì)算提供依據(jù)。另一方面，在某些復(fù)雜氣候和地形條件區(qū)域，存在著局地高影響氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，通過測風(fēng)更能夠客觀反映實(shí)際開發(fā)區(qū)域的氣象災(zāi)害強(qiáng)度和頻次，也能夠結(jié)合氣象站的長期數(shù)據(jù)進(jìn)行氣象災(zāi)害評(píng)估。

因此，獲取現(xiàn)場實(shí)際氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的途徑——測風(fēng)塔的安裝建設(shè)尤為關(guān)鍵，要注意兩點(diǎn)：

1)代表性。即測風(fēng)塔選址要能夠最大限度的代表測風(fēng)塔周邊場區(qū)的氣象特征和風(fēng)能分布特性；測風(fēng)數(shù)據(jù)必須能夠?yàn)閷盹L(fēng)電場建設(shè)提供有代表性的數(shù)據(jù)，測量的氣象要素要齊全、測量設(shè)備高度和層次要充分。

2)安全性。參考在選址階段收集的氣象災(zāi)害數(shù)據(jù)，針對(duì)性的對(duì)測風(fēng)塔進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免觀測期間出現(xiàn)氣象災(zāi)害導(dǎo)致的設(shè)備和數(shù)據(jù)的損失。

例如，南方山區(qū)在冬季容易產(chǎn)生凝凍災(zāi)害，使得測風(fēng)塔容易產(chǎn)生裹冰，那么在建設(shè)測風(fēng)塔時(shí)就要增加測風(fēng)塔的強(qiáng)度或者采用自立塔而不是斜拉線塔；針對(duì)雷暴天氣多，測風(fēng)塔接地電阻小于4 Ω的前提下，需要考慮避雷針的單獨(dú)設(shè)計(jì)(如魚叉型避雷針、用銅線直接接地)、增加額外的降阻措施(如加降阻劑、石墨棒、銅棒等)；場區(qū)潮濕、霧氣嚴(yán)重，記錄儀需要增加干燥劑且用密封箱和電纜密封件，接線部位要做好防銹蝕處理，數(shù)據(jù)線要考慮使用鎧裝型電纜。

1.3 可行性研究與初步設(shè)計(jì)階段

經(jīng)過風(fēng)能資源測量得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過整理和分析，開展進(jìn)一步的項(xiàng)目開發(fā)可行性研究和初步設(shè)計(jì)，在這一階段主要包含下列工作：①評(píng)估風(fēng)能資源的等級(jí)和工程地質(zhì)狀況；②確定項(xiàng)目任務(wù)和規(guī)模；③選擇合適風(fēng)力發(fā)電設(shè)備及其排布設(shè)計(jì)；④電氣、土建施工進(jìn)行設(shè)計(jì)；⑤施工組織和工程管理設(shè)計(jì)；⑥環(huán)境保護(hù)與水土保持設(shè)計(jì)；⑦勞動(dòng)安全和工業(yè)衛(wèi)生設(shè)計(jì)；⑧節(jié)能降耗；⑨工程設(shè)計(jì)概算；⑩財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)以及社會(huì)效果分析。

具體而言，需根據(jù)風(fēng)電項(xiàng)目所在區(qū)域的客觀因素，如風(fēng)能資源稟賦、地形地質(zhì)情況等比選，確定風(fēng)力發(fā)電設(shè)備機(jī)組的型號(hào)、葉輪直徑、塔筒高度及材料、基礎(chǔ)的類型等參數(shù)，并在此基礎(chǔ)上展開風(fēng)機(jī)排布設(shè)計(jì)、塔筒設(shè)計(jì)、風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、集電線路設(shè)計(jì)、升壓站設(shè)計(jì)及其它附屬工程的設(shè)計(jì)。這些設(shè)計(jì)是否合理與合規(guī)，都會(huì)對(duì)工程的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生影響，對(duì)項(xiàng)目安全穩(wěn)定運(yùn)行也會(huì)產(chǎn)生影響。

本階段承前啟后，按照國家相關(guān)規(guī)范要求編制可研和初設(shè)的同時(shí)，也應(yīng)系統(tǒng)、量化的展開氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。通過概率統(tǒng)計(jì)和數(shù)值模擬的方法，統(tǒng)計(jì)災(zāi)害類型、發(fā)生頻次、局地強(qiáng)度。譬如，存在極限溫度現(xiàn)象的風(fēng)電項(xiàng)目，在選型時(shí)宜選擇適應(yīng)于不同氣溫條件下的低溫型風(fēng)機(jī)和高溫型機(jī)組，也應(yīng)選擇適用于不同氣溫條件下的塔筒板材；在低風(fēng)速風(fēng)電項(xiàng)目往往會(huì)通過選擇更大葉輪直徑和更高塔筒高度來提升發(fā)電量，無疑會(huì)遭受氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)較大的概率，那么在選型時(shí)應(yīng)注意機(jī)組定制化設(shè)計(jì)，如控制策略、應(yīng)急設(shè)備等。在臺(tái)風(fēng)高發(fā)地區(qū)，選擇滿足安全性要求的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、充分利用臺(tái)風(fēng)帶來的風(fēng)能資源的同時(shí)，在電氣和施工設(shè)計(jì)中要注意防強(qiáng)風(fēng)、浪涌、以及次生地質(zhì)災(zāi)害。

2 風(fēng)電場建設(shè)期氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理

2.1 項(xiàng)目招標(biāo)采購階段

1)設(shè)備招標(biāo)。我國的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，國內(nèi)風(fēng)電相關(guān)的裝備制造業(yè)較為成熟發(fā)達(dá)，行業(yè)一般采用競爭性招標(biāo)方式采購相關(guān)設(shè)備。其中風(fēng)電機(jī)組及其附屬設(shè)備占整個(gè)項(xiàng)目靜態(tài)投資的40%-60%左右，是設(shè)備招標(biāo)最重要的環(huán)節(jié)。招標(biāo)的主要目的是達(dá)到控制造價(jià)，減輕風(fēng)險(xiǎn)的目的，項(xiàng)目招標(biāo)方需要對(duì)招采設(shè)備的設(shè)計(jì)性能要求進(jìn)行綜合全面的分析，如，強(qiáng)雷暴區(qū)域?qū)υO(shè)備防雷接地等技術(shù)要求、凝凍區(qū)域?qū)τ跈C(jī)組除冰的要求等。在編制標(biāo)書和制定評(píng)標(biāo)規(guī)則時(shí)要全而地綜合考慮各種相關(guān)因素，并且設(shè)置延長質(zhì)保、履約擔(dān)保、風(fēng)險(xiǎn)對(duì)賭協(xié)議等風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移條款，規(guī)避設(shè)備可能遭受氣象災(zāi)害帶來的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

2)施工招標(biāo)。在招標(biāo)前，項(xiàng)目開發(fā)商應(yīng)仔細(xì)分析風(fēng)電場氣象特征和地質(zhì)條件，根據(jù)氣象災(zāi)害強(qiáng)弱、施工難度、工期要求等不同，在招標(biāo)文件中對(duì)施工單位資質(zhì)、財(cái)務(wù)狀況、歷史業(yè)績等方面設(shè)置不同條件，特別是對(duì)現(xiàn)場氣象和地質(zhì)條件復(fù)雜的項(xiàng)目，設(shè)置較高的門檻，確保施工階段的安全保障。

在項(xiàng)目招標(biāo)過程中，可以采購一套氣象預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)，由于它與風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行相關(guān)，同時(shí)風(fēng)電機(jī)組本身自帶有氣象觀測設(shè)備，因此其采購可與風(fēng)電機(jī)組招標(biāo)結(jié)合起來，也有利于發(fā)揮集約效果。

2.2 風(fēng)電場建設(shè)階段

風(fēng)電場的建設(shè)要充分考慮風(fēng)電項(xiàng)目的特殊性，如葉片等超長設(shè)備發(fā)電機(jī)等超重和超寬的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸、重型設(shè)備的超高吊裝及精細(xì)化安裝、電氣設(shè)備野外安裝施工，也包含土方工程和混凝土澆筑等。這些建設(shè)施工對(duì)天氣的要求也非常高的，一些氣象災(zāi)害對(duì)它們的影響也是非常顯著的。

針對(duì)風(fēng)電場建設(shè)階段的氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理，應(yīng)做到以下4點(diǎn)：①訂購氣象保障服務(wù)，接收天氣預(yù)報(bào)與氣象災(zāi)害預(yù)警，根據(jù)這些氣象信息規(guī)劃工期，特別是在風(fēng)電機(jī)組吊裝、出海作業(yè)時(shí)，要提前抓住有利的天氣窗口盡快施工；②建立氣象災(zāi)害相關(guān)的應(yīng)急預(yù)案，預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)或減輕風(fēng)險(xiǎn)，如遭遇強(qiáng)降水后預(yù)防山體滑坡、極端低溫或高溫環(huán)境下的勞動(dòng)安全等；③通過監(jiān)理單位監(jiān)督相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)防控措施和工程管理措施，定期檢查和督導(dǎo)落實(shí)執(zhí)行情況；④購買相應(yīng)的保險(xiǎn)，減輕氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，包括設(shè)備運(yùn)輸險(xiǎn)，項(xiàng)目建設(shè)險(xiǎn)，人員安全險(xiǎn)等。

3 風(fēng)電場運(yùn)營期氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理

風(fēng)電項(xiàng)目運(yùn)營期一般長達(dá)20～25年，比規(guī)劃期和建設(shè)期持續(xù)時(shí)間更長，因注意長效保障機(jī)制的建立。從氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理的實(shí)踐總結(jié)來看，它是人員、設(shè)備、環(huán)境多系統(tǒng)的相互協(xié)調(diào)的過程，既要針對(duì)氣象災(zāi)害特點(diǎn)采取針對(duì)性預(yù)防措施將風(fēng)險(xiǎn)控制在局部，防止重大或連鎖反應(yīng)發(fā)生；又要能在氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后及時(shí)通過預(yù)報(bào)和預(yù)警，提前有效的組織抵御風(fēng)險(xiǎn)，控制局面且減輕影響。因此，要從組織體系、制度建設(shè)、裝備保障等方面著手。

1)組織體系。建立氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急聯(lián)席處理機(jī)構(gòu)和應(yīng)急救援團(tuán)隊(duì)，制定安全防范措施及對(duì)風(fēng)電場運(yùn)行人員進(jìn)行教育培訓(xùn)和應(yīng)急演練，提高運(yùn)營人員的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)能力，降低因誤操作和不當(dāng)行為帶來的人員安全風(fēng)險(xiǎn)、經(jīng)濟(jì)損失。當(dāng)氣象災(zāi)害發(fā)生時(shí)能夠快速動(dòng)員、敏捷反應(yīng)，行之有效的保障風(fēng)電項(xiàng)目的安全運(yùn)行。

2)制度建設(shè)。風(fēng)電項(xiàng)目一般都建立有勞動(dòng)健康安全管理、風(fēng)機(jī)機(jī)組定檢巡檢管理、升壓站和開關(guān)站運(yùn)行維護(hù)，以及場區(qū)人員職業(yè)環(huán)境健康安全、交通運(yùn)輸、檢修期吊裝和高空作業(yè)、交叉作業(yè)等危險(xiǎn)點(diǎn)的運(yùn)營管理制度，氣象災(zāi)害相關(guān)的制度建設(shè)可依托于此，充分體現(xiàn)在它們之中。也應(yīng)當(dāng)針對(duì)項(xiàng)目所在地區(qū)特有的、重大的氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)單獨(dú)制定管理制度與應(yīng)急預(yù)案，如雷電、臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)降水、凝凍等氣象災(zāi)害。

3)裝備保障。結(jié)合風(fēng)電項(xiàng)目和氣象災(zāi)害的特點(diǎn)，在氣象預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，配備專業(yè)應(yīng)急和救援裝備。如風(fēng)電機(jī)組遭遇臺(tái)風(fēng)時(shí)需要有持續(xù)的供電保障機(jī)組通過控制策略調(diào)整應(yīng)對(duì)，然而，常常因?yàn)閺?qiáng)風(fēng)伴隨強(qiáng)降水會(huì)對(duì)電力設(shè)施特別是輸電線路造成損毀而中斷供電，此時(shí)，風(fēng)電機(jī)組也包括運(yùn)行人員異常危險(xiǎn)。這就要求風(fēng)電場提前裝配備用電源，通過諸如柴油發(fā)電機(jī)反送電給機(jī)組使之正常工作。

4 結(jié) 語

風(fēng)電項(xiàng)目是一項(xiàng)需長期營運(yùn)的基礎(chǔ)設(shè)施投資，利用風(fēng)能資源，又要防范氣象災(zāi)害，需從初始階段以風(fēng)險(xiǎn)管理的思路，因地制宜地制定全生命周期風(fēng)險(xiǎn)管理措施。即規(guī)劃期回避極端氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果選擇合適風(fēng)電開發(fā)項(xiàng)目；在招標(biāo)過程嚴(yán)格按照安全標(biāo)準(zhǔn)選擇供應(yīng)方，按采購合同中約定的方式轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)；建設(shè)過程中注意防控施工階段的氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)；項(xiàng)目運(yùn)營期間有組織、成體系地預(yù)防長期風(fēng)險(xiǎn)。